CN113451101A - 等离子体处理方法和等离子体处理装置 - Google Patents

等离子体处理方法和等离子体处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种等离子体处理方法和等离子体处理装置，其能够抑制基片的蚀刻速率下降并且降低照射至腔室主体的内壁的离子的能量。一个实施方式的等离子体处理装置包括产生直流电压的直流电源，该直流电压具有负极性且用于被施加至工作台的下部电极。在利用该等离子体处理装置的等离子体处理中，供给高频以使腔室内的气体激励而生成等离子体。另外，来自直流电源的负极性的直流电压被周期性地施加至下部电极，以将来自等离子体的离子引入到工作台上的基片。在各个周期内直流电压被施加至下部电极的期间所占的比率被设定为40％以下。

Description

等离子体处理方法和等离子体处理装置
本申请是申请日为2018年08月17日、申请号为201810939779.1、发明名称为“等离子体处理方法和等离子体处理装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施方式涉及等离子体处理方法和等离子体处理装置。
背景技术
在电子器件的制造中，使用等离子体处理装置。一般来说，等离子体处理装置包括腔室主体、工作台和高频电源。腔室主体提供其内部空间作为腔室。腔室主体接地。工作台设置在腔室内，被配置成支承载置在其上的基片。工作台包括下部电极。高频电源供给高频以激励腔室内的气体。在该等离子体处理装置中，利用下部电极的电位与等离子体的电位的电位差加速离子，被加速了的离子被向基片照射。
在等离子体处理装置中，腔室主体与等离子体之间也产生电位差。腔室主体与等离子体之间的电位差大时，照射到腔室主体的内壁的离子的能量变高，从腔室主体放出颗粒。从腔室主体放出的颗粒会污染载置在工作台上的基片。为了防止产生这样的颗粒产生，在专利文献1中提出了利用调整腔室的接地电容的调整机构的技术。专利文献1中记载的调整机构以调整面对腔室的阳极和阴极的面积比率、即调整A/C比的方式构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-228694号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
作为一种等离子体处理装置，利用被配置成将偏置用的高频供给至下部电极的等离子体处理装置。偏置用的高频被供给至下部电极，以提高照射至基片的离子的能量从而提高基片的蚀刻速率。在这样的等离子体处理装置中，等离子体的电位变高时，等离子体和腔室主体的电位差变大，照射至腔室主体的内壁的离子的能量变高。从这种背景出发，要求抑制基片的蚀刻速率下降并且降低照射至腔室主体的内壁的离子的能量。
用于解决技术问题的技术方案
在一个方式中，提供一种在等离子体处理装置中执行的等离子体处理方法。等离子体处理装置包括腔室主体、工作台、高频电源和一个以上的直流电源。腔室主体提供其内部空间作为腔室。工作台设置在腔室主体内。工作台包括下部电极。工作台以能够支承载置在其上的基片的方式设置。高频电源供给高频，该高频用于激励供给到腔室中的气体。产生直流电压的一个以上的直流电源，该直流电压具有负极性并用于被施加至下部电极。一个实施方式的等离子体处理方法包括：(i)从高频电源供给高频以生成被供给至腔室的气体的等离子体的步骤；和(ii)从一个以上的直流电源对下部电极施加具有负极性的直流电压以将等离子体中的离子引入到基片的步骤。在施加直流电压的步骤中，直流电压被周期性地施加至下部电极，在各个周期内直流电压被施加至下部电极的期间所占的比率被设定为40％以下。
基片的蚀刻速率相对于占空比的依赖性较少，该占空比是在各个周期内负极性的直流电压被施加到下部电极的期间所占的比率。另一方面，占空比较小时，特别是占空比为40％以下时，腔室主体的蚀刻速率大幅下降。即，照射到腔室主体的内壁的离子的能量变小。因此，根据一个实施方式的等离子体处理方法，能够抑制基片的蚀刻速率下降并且降低照射至腔室主体的内壁的离子的能量。
在一个实施方式中，上述比率，即占空比被设定为35％以下。根据该实施方式，能够进一步降低照射到腔室主体的内壁的离子的能量。
在一个实施方式中，等离子体处理装置中，作为一个以上的直流电源包括多个直流电源。在各个周期内，施加至下部电极的直流电压由从多个直流电源依次输出的多个直流电压形成。根据该实施方式，能够减轻多个直流电源各自的负载。
在一个实施方式中的等离子体处理方法中，在施加直流电压的期间中供给高频，在停止直流电压的施加的期间中停止供给所述高频。在另一个实施方式中的等离子体处理方法中，在施加直流电压的期间中停止供给高频，在停止直流电压的施加的期间中供给高频。
在另一方式中提供一种等离子体处理装置。等离子体处理装置包括腔室主体、工作台、高频电源、一个以上的直流电源、切换机构和控制器。包括腔室主体、工作台、高频电源和一个以上的直流电源。腔室主体提供其内部空间作为腔室。工作台设置在腔室主体内。工作台包括下部电极。工作台以能够支承载置在其上的基片的方式设置。高频电源供给用于激励供给到腔室的气体的高频。一个以上的直流电源产生施加至下部电极的具有负极性的直流电压。切换机构以能够使对下部电极的直流电压的施加停止的方式设置。控制器以控制切换机构的方式设置。控制器以来自一个以上的直流电源的负极性的直流电压周期性地施加至下部电极、并且在各个周期内直流电压施加至下部电极的期间所占的比率设定为40％以下的方式控制切换机构，以将在腔室内生成的气体的等离子体中的离子引入到基片。
在一个实施方式中，控制器可以控制切换机构，使得上述比率即占空比被设定为35％以下。
在一个实施方式中，等离子体处理装置中，作为一个以上的直流电源包括多个直流电源。控制器控制切换机构，使得在各个周期内，施加至下部电极的直流电压由从多个直流电源依次输出的多个直流电压形成。
在一个实施方式中，控制器控制高频电源，使得在施加直流电压期间中供给高频，在停止直流电压的施加的期间中停止供给高频。在另一个实施方式中，控制器控制高频电源，使得在施加直流电压的期间中停止供给高频，在停止直流电压的施加的期间中供给高频。
发明效果
如上所说明的，能够抑制基片的蚀刻速率下降并且降低照射至腔室主体的内壁的离子的能量。
附图说明
图1是概略地表示一个实施方式的等离子体处理装置的图。
图2是表示图1所示的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的一个实施方式的图。
图3是表示图2所示的直流电压、切换机构、高频滤波器和匹配器的电路结构的图。
图4是与利用图1所示的等离子体处理装置实施的一个实施方式的等离子体处理方法相关的时序图。
图5是表示等离子体电位的时序图。
图6的(a)和图6的(b)是与另一个实施方式的等离子体处理方法相关的时序图。
图7是表示另一个实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图8是表示又一个实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图9是与利用图8所示的等离子体处理装置实施的一个实施方式的等离子体处理方法相关的时序图。
图10是表示又一个实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。
图11是表示波形调节器的一例的电路图。
图12的(a)是表示在第一评价实验中求取的、占空比与粘贴在顶板34的腔室12c一侧的面的样品的硅氧化膜的蚀刻量的关系的曲线图，图12的(b)是表示在第一评价实验中求取的、占空比与粘贴在腔室主体12的侧壁的样品的硅氧化膜的蚀刻量的关系的曲线图。
图13是表示在第一评价实验中求取的、占空比与静电吸盘20上载置的样品的硅氧化膜的蚀刻量的关系的曲线图。
图14的(a)是表示分别在第二评价实验和比较实验中求取的、粘贴在顶板34的腔室12c一侧的面的样品的硅氧化膜的蚀刻量的曲线图，图14的(b)是表示分别在第二评价实验和比较实验中求取的、粘贴在腔室主体12的侧壁的样品的硅氧化膜的蚀刻量的曲线图。
附图标记说明
10……等离子体处理装置、12……腔室主体、12c……腔室、16……工作台、18……下部电极、20……静电吸盘、30……上部电极、34……顶板、50……排气装置、61……第一高频电源、62……第二高频电源、64……匹配器、70……直流电源、72……切换机构、74……高频滤波器、76……波形调节器、PC……控制器、MC……主控制部。
具体实施方式
以下，参照附图对各种实施方式进行详细说明。其中，在各附图中，对相同或相应的部分标注相同的附图标记。
图1是概略地说明一个实施方式的等离子体处理装置的图。图2是表示图1所示的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的一个实施方式的图。图1所示的等离子体处理装置10是电容耦合型等离子体处理装置。
等离子体处理装置10包括腔室主体12。腔室主体12大致呈圆筒形状。腔室主体12提供其内部空间作为腔室12c。腔室主体12例如由铝构成。腔室主体12与接地电位连接。腔室主体12的内壁面，即划分出腔室12c的壁面上，形成有具有耐等离子体性的膜。该膜可以是通过阳极氧化处理形成的膜或由氧化钇形成的膜这样的陶瓷制的膜。另外，在腔室主体12的侧壁形成有通路12p。基片W被送入腔室12c时，以及基片W从腔室12c送出时，基片W通过通路12p。为了开闭该通路12p，沿腔室主体12的侧壁设有闸阀12g。
在腔室12c内，支承部15从腔室主体12的底部向上方延伸。支承部15具有大致圆筒形状，由陶瓷之类的绝缘材料形成。在支承部15上搭载有工作台16。工作台16由支承部15支承。工作台16构成为在腔室12c内支承基片W。工作台16包括下部电极18和静电吸盘20。在一个实施方式中，工作台16还包括电极板21。电极板21由铝之类的导电性材料形成，大致具有圆盘形状。下部电极18设置在电极板21上。下部电极18由铝之类的导电性材料形成，具有大致圆盘状。下部电极18与电极板21电连接。
在下部电极18内设有流路18f。流路18f是热交换介质用的流路。作为热交换介质，可以使用液态的制冷剂或通过其气化来冷却下部电极18的制冷剂(例如氟利昂)。从设置在腔室主体12的外部的制冷单元经由配管23a对流路18f供给热交换介质。供给到流路18f的热交换介质经由配管23b回到制冷单元。即，热交换介质以在该流路18f与制冷单元之间循环的方式供给到流路18f。
静电吸盘20设置在下部电极18上。静电吸盘20具有由绝缘体形成的主体和设置在该主体内的膜状的电极。静电吸盘20的电极与直流电压电连接。当电压从直流电源施加到静电吸盘20的电极时，在载置在静电吸盘20上的基片W和静电吸盘20之间产生静电引力。所产生的静电引力使得基片W被吸附到静电吸盘20，被该静电吸盘20保持。在该静电吸盘20的周缘区域上配置有聚焦环FR。聚焦环FR具有大致环状的板形状，例如由硅形成。聚焦环FR以包围基片W的边缘的方式配置。
等离子体处理装置10中设有气体供给管线25。气体供给管线25将来自气体供给机构的导热气体、例如He气体供给至静电吸盘20的上表面与基片W的背面(下表面)之间。
筒状部28从腔室主体12的底部向上方延伸。筒状部28沿支承部15的外周延伸。筒状部28由导电性材料形成，具有大致圆筒形状。筒状部28与接地电位连接。在筒状部28上设有绝缘部29。绝缘部29具有绝缘性，例如由石英或陶瓷形成。绝缘部29沿工作台16的外周延伸。
等离子体处理装置10还包括上部电极30。上部电极设置在工作台16的上方。上部电极30与部件32一起封闭腔室主体12的上部开口。部件32具有绝缘性。上部电极30通过该部件32支承于腔室主体12的上部。后述的第一高频电源61与下部电极18电连接时，上部电极30连接到接地电位。
上部电极30包括顶板34和支承体36。顶板34的下表面划分出腔室12c。在顶板34设有多个气体排出孔34a。多个气体排出孔34a分别在板厚方向(铅垂方向)贯穿顶板34。该顶板34例如由硅形成，但不限于此。或者，顶板34可以具有在铝制的母材的表面设置耐等离子体性的膜的结构。该膜可以是通过阳极氧化处理形成的膜或由氧化钇形成的膜之类的陶瓷制的膜。
支承体36是以能够装卸的方式支承顶板34的部件。支承体36例如可以由铝之类的导电性材料形成。在支承体36的内部设有气体扩散室36a。多个气孔36b从气体扩散室36a向下方延伸。多个气孔36b分别与多个气体排出孔34a连通。在支承体36形成有将气体引导到气体扩散室36a的气体导入口36c，该气体导入口36c与气体供给管38连接。
气体供给管38经由阀组42和流量控制器组44与气体源组40连接。气体源组40包括多个气体源。阀组42包括多个阀，流量控制器组44包括多个流量控制器。流量控制器组44的多个流量控制器分别是质量流量控制器或压力控制式的流量控制器。气体源组40的多个气体源分别经由阀组42的对应的阀和流量控制器组44的对应的流量控制器，连接到气体供给管38。等离子体处理装置10能够将来自气体源组40的多个气体源中选择的一个以上的气体源的气体以单独调整的流量供给至腔室12c。
筒状部28和腔室主体12的侧壁之间设有缓冲板48。缓冲板48例如可以通过用氧化钇等陶瓷包覆铝制的母材而构成。在该缓冲板48中形成有贯通孔。在缓冲板48的下方，排气管52与腔室主体12的底部连接。该排气管52与排气装置50连接。排气装置50具有自动压力控制阀之类的压力控制器和涡轮分子泵等真空泵，能够对腔室12c进行降压。
如图1和图2所示，等离子体处理装置10还包括第一高频电源61。第一高频电源61是产生用于激励腔室12c内的气体而生成等离子体的第一高频的电源。第一高频具有27～100MHz范围内的频率，例如具有60MHz的频率。第一高频电源61经由匹配器64的第一匹配电路65和电极板21与下部电极18连接。第一匹配电路65是用于匹配第一高频电源61的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗的电路。另外，第一高频电源61可以不与下部电极18电连接，可以经由第一匹配电路65与上部电极30连接。
等离子体处理装置10还包括第二高频电源62。第二高频电源62是产生用于将离子引入到基片W的偏置用的第二高频的电源。第二高频的频率低于第一高频的频率。第二高频的频率为400kHz～13.56MHz的范围内的频率，例如为400kHz。第二高频电源62经由匹配器64的第二匹配电路66和电极板21与下部电极18连接。第二匹配电路66是用于匹配第二高频电源62的输出阻抗与负载侧(下部电极18侧)的阻抗的电路。
等离子体处理装置10还包括直流电源70和切换机构72。直流电源70是产生负极性的直流电压的电源。负极性的直流电压被用作将离子引入到载置在工作台16上的基片W的偏置电压。直流电源70与切换机构72连接。切换机构72经由高频滤波器74与下部电极18电连接。在等离子体处理装置10中，由直流电源70产生的直流电压和由第二高频电源62产生的第二高频中任意一者被选择性地供给到下部电极18。
等离子体处理装置10还包括控制器PC。控制器PC构成为控制切换机构72。控制器PC也可以构成为还控制第一高频电源61和第二高频电源62中一个或两个高频电源。
在一个实施方式中，等离子体处理装置10还可以包括主控制部MC。主控制部MC是包括处理器、存储装置、输入装置、显示装置等的计算机，控制等离子体处理装置10的各部。具体而言，主控制部MC执行存储在存储装置中的控制程序，基于存储在该存储装置中的处理方案数据控制等离子体处理装置10的各部。通过这种控制，等离子体处理装置10执行由处理方案数据指定的处理。
下面，参照图2和图3。图3是表示图2所示的直流电源、切换机构、高频滤波器和匹配器的电路结构的图。直流电源70是可变直流电源，产生施加至下部电极18的负极性的直流电压。
切换机构72构成为能够停止从直流电源70对下部电极18施加直流电压。在一个实施方式中，切换机构72具有场效应晶体管(FET)72a、FET72b、电容器72c和电阻元件72d。FET72a例如为N沟道MOSFET。FET72b例如为P沟道MOSFET。FET72a的源极与直流电源70的负极连接。直流电源70的负极和FET72的源极与电容器72c的一端连接。电容器72c的另一端与FET72b的源极连接。FET72b的源极被接地。FET72a的栅极和FET72b的栅极彼此连接。来自控制器PC的脉冲控制信号被供给至连接在FET72a的栅极与FET72b的栅极之间的节点NA。FET72a的漏极与FET72b的漏极连接。连接在FET72a的漏极与FET72b的漏极之间的节点NB经由电阻元件72d与高频滤波器74连接。
高频滤波器74是降低或阻断高频的滤波器。在一个实施方式中，高频滤波器74具有电感器74a和电容器74b。电感器74a的一端与电阻元件72d连接。电感器74a的一端连接有电容器74b的一端。电容器74b的另一端被接地。电感器74a的另一端与匹配器64连接。
匹配器64具有第一匹配电路65和第二匹配电路66。在一个实施方式中，第一匹配电路65具有可变电容器65a和可变电容器65b，第二匹配电路66具有可变电容器66a和可变电容器66b。可变电容器65a的一端与电感器74a的另一端连接。可变电容器65a的另一端与第一高频电源61和可变电容器65b的一端连接。可变电容器65b的另一端被接地。可变电容器66a的一端与电感器74a的另一端连接。可变电容器66a的另一端与第二高频电源62和可变电容器66b的一端连接。可变电容器66b的另一端被接地。可变电容器65a的一端和可变电容器66a的一端与匹配器64的端子64a连接。匹配器64的端子64a经由电极板21与下部电极18连接。
下面，对由主控制部MC和控制器PC进行的控制加以说明。在以下的说明中，参照图2和图4。图4是与利用图1所示的等离子体处理装置执行的一个实施方式的等离子体处理方法相关联的时序图。图4中，横轴表示时间。图4中，纵轴表示第一高频的电力、从直流电源70施加到下部电极18的直流电压和由控制器PC输出的控制信号。图4中，第一高频的电力为高电平表示为了生成等离子体而供给第一高频，第一高频的电力为低电平表示停止第一高频的供给。另外，图4中，直流电压为低电平表示从直流电源70对下部电极18施加负极性的直流电压，直流电压为0V表示不从直流电源70对下部电极18施加直流电压。
主控制部MC对第一高频电源61指定第一高频电力和频率。另外，在一个实施方式中，主控制部MC对第一高频电源61指定开始供给第一高频的时刻和结束第一高频的供给的时刻。在由第一高频电源61供给第一高频期间，生成腔室内的气体的等离子体。即，在此期间，执行为了生成等离子体而从高频电源供给高频的步骤S1。另外，图4的例中，在一个实施方式的等离子体处理方法的实施中，连续地供给第一高频。
主控制部MC对控制器PC指定频率和占空比，该频率用于规定来自直流电源70的负极性的直流电压被施加至下部电极18的周期。占空比是在一个周期(图4的PDC)内来自直流电源70的负极性的直流电压被施加在下部电极18的期间(图4的T1)所占的比率。该占空比被设定为40％以下。在一个实施方式中，该占空比被设定为35％以下。
控制器PC根据由主控制部MC指定的频率和占空比生成控制信号。由控制器PC生成的控制信号可以是脉冲信号。在一个例子中，如图4所示，由控制器PC生成的控制信号在期间T1具有高电平，在期间T2具有低电平。期间T2是在一个周期PDC内除期间T1外的期间。或者，由控制器PC生成的控制信号也可以在期间T1具有低电平，在期间T2具有高电平。
在一个实施方式中，由控制器PC生成的控制信号施加到切换机构72的节点NA。当被施加控制信号时，切换机构72在期间T1将直流电源70与节点NB彼此连接，使得来自直流电源70的负极性的直流电压被施加至下部电极18。另一方面，切换机构72在期间T2切断直流电源70与节点NB的连接，以使来自直流电源70的负极性的直流电压不施加至下部电极18。由此，如图4所示，在期间T1，来自直流电源70的负极性的直流电压被施加至下部电极18，在期间T2，停止来自直流电源70的负极性的直流电压向下部电极18的施加。即，在一个实施方式的等离子体处理方法中，执行对下部电极18周期性地施加来自直流电源70的负极性的直流电压的步骤S2。
此处，参照图5的(a)和图5的(b)。图5的(a)和图5的(b)是表示等离子体的电位的时序图。在期间T1，来自直流电源70的负极性的直流电压被施加至下部电极18，所以等离子体中的正离子朝向基片W移动。因此，如图5的(a)和图5的(b)所示，在期间T1，等离子体的电位下降。另一方面，在期间T2，停止来自直流电源70的负极性的直流电压对下部电极18的施加，所以正离子的移动变少，主要是等离子体中的电子移动。因此，在期间T2，等离子体的电位升高。
图5的(a)所示的时序图中的占空比小于图5的(b)所示的时序图中的占空比。只要与等离子体生成相关的诸条件相同，等离子体中的正离子的总量和电子总量均不依赖于占空比。即，图5的(a)所示的面积A1与面积A2之比与图5的(b)所示的面积A1与面积A2之比相等。因此，如果占空比小，则期间T2的等离子体的电位PV就会减小。
基片W的蚀刻速率相对于占空比的依赖性低，占空比即在各个周期PDC内负极性的直流电压被施加至下部电极18的期间T1所占的比率。另一方面，当占空比小时，特别是占空比在40％以下时，等离子体的电位减小，所以腔室主体12的蚀刻速率大幅下降。因此，通过将与对下部电极18周期性地施加负极性的直流电压相关的上述占空比设定为40％以下，能够抑制基片W的蚀刻速率的下降，并且降低照射至腔室主体12的内壁的离子的能量。结果是，能够抑制从腔室主体12产生颗粒。另外，当占空比为35％以下时，照射至腔室主体12的内壁的离子的能量能够进一步降低。
以下，对另一个实施方式进行说明。图6的(a)和图6的(b)是与另一实施方式的等离子体处理方法相关的时序图。图6的(a)和图6的(b)各自中，横轴表示时间。图6的(a)和图6的(b)中纵轴分别表示第一高频电力和从直流电源70施加至下部电极18的直流电压。图6的(a)和图6的(b)各自中，第一高频的电力为高电平表示为了生成等离子体而供给第一高频，第一高频的电力为低电平表示停止第一高频的供给。另外，图6的(a)和图6的(b)各自中，直流电压为低电平表示从直流电源70对下部电极18施加负极性的直流电压，直流电压为0V表示不从直流电源70向下部电极18施加直流电压。
在图6的(a)所示的实施方式中，来自直流电源70的负极性的直流电压被周期性地施加至下部电极18，并且为了生成等离子体而周期性地施加第一高频。在图6的(a)所示的实施方式中，来自直流电源70的负极性的直流电压施加至下部电极18与供给第一高频是同步的。即，在来自直流电源70的直流电压被施加至下部电极18期间T1供给第一高频，在停止来自直流电源70的直流电压向下部电极18的施加的期间T2，停止供给第一高频。
在图6的(b)所示的实施方式中，来自直流电源70的负极性的直流电压被周期性地施加至下部电极18，并且为了生成等离子体而周期性地施加第一高频。在图6的(b)所示的实施方式中，来自直流电源70的负极性的直流电压施加至下部电极18的相位与供给第一高频的相位反相。即，在来自直流电源70的直流电压被施加至下部电极18期间T1停止供给第一高频，在停止来自直流电源70的直流电源向下部电极18的施加的期间T2，供给第一高频。
在图6的(a)所示的实施方式和图6的(b)所示的实施方式中，来自控制器PC的上述控制信号施加至第一高频电源61。第一高频电源61在来自控制器PC的控制信号的上升沿(或下降沿)的时刻开始供给第一高频，并在来自控制器PC的控制信号的下降沿(或上升沿)的时刻停止供给第一高频。图6的(a)所示的实施方式和图6的(b)所示的实施方式中，能够抑制由于互调失真(Inter Modulation Distortion)而产生不期望的高频。
下面，对一些其他实施方式的等离子体处理装置进行说明。图7是表示另一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。如图7所示，另一实施方式的等离子体处理装置10A与等离子体处理装置10不同之处在于，第一高频电源61包括控制器PC。即，等离子体处理装置10A中，控制器PC是第一高频电源61的一部分。另一方面，在等离子体处理装置10中，控制器PC是在第一高频电源61和第二高频电源62以外另设的。在等离子体处理装置10A中，控制器PC是第一高频电源61的一部分，所以来自控制器PC的上述控制信号(脉冲信号)不被发送到第一高频电源61。
图8是表示又一实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。图8所示的等离子体处理装置10B包括多个直流电源701和702，以及多个切换机构721和722。多个直流电源701和702分别是与直流电源70相同的电源，构成为产生向下部电极18施加的负极性的直流电压。多个切换机构721和722分别具有与切换机构72相同的结构。直流电源701与切换机构721连接。切换机构721与切换机构72一样，构成为能够使来自直流电源701的直流电压向下部电极18的施加停止。直流电源702与切换机构722连接。切换机构722与切换机构72一样，构成为能够使来自直流电源702的直流电压向下部电极18的施加停止。
图9是与利用图8所示的等离子体处理装置实施的一个实施方式的等离子体处理方法相关的时序图。图9中，横轴表示时间。图9中，纵轴表示合成的直流电压(即，施加在下部电极18的直流电压)、直流电源701的直流电压(即从直流电源701施加至下部电极的直流电压)、和直流电源702的直流电压(从直流电源702施加至下部电极的直流电压)。如图9所示，在等离子体处理装置10B中，在各个周期PDC内施加至下部电极18的直流电压，由从多个直流电源701和702依次输出的多个直流电压形成。即，在等离子体处理装置10B中，在各个周期PDC内施加至下部电极18的直流电压，通过从多个直流电源701和702依次输出的多个直流电压按时间合成而生成。根据该等离子体处理装置10B能减轻多个直流电源701和702各自的负载。
在等离子体处理装置10B中，控制器PC将控制信号供给至切换机构721，该控制信号为在来自直流电源701的直流电压施加至下部电极18的期间中具有高电平(或低电平)、在来自直流电源701的直流电压不施加至下部电极18的期间中具有低电平(或高电平)的信号。另外，控制器PC将控制信号供给至切换机构722，该控制信号为在来自直流电源702的直流电压施加至下部电极18的期间中具有高电平(或低电平)、在来自直流电源702的直流电压不施加至下部电极18的期间中具有低电平(或高电平)的信号。即，对与多个直流电源连接的多个切换机构分别供给具有不同相位的控制信号(脉冲信号)。
图10是表示又一个实施方式的等离子体处理装置的电源系统和控制系统的图。图10所示的等离子体处理装置10C与等离子体处理装置10不同之处在于还包括波形调节器76。波形调节器76连接在切换机构72与高频滤波器74之间。波形调节器76调节从直流电源70经由切换机构72输出的直流电源即交替具有负极性的值和0V的值的直流电压的波形。具体而言，波形调节器76调节施加至下部电极18的直流电压的波形，使得该直流电压的波形具有大致三角形形状。波形调节器76例如为积分电路。
图11是表示波形调节器76的一例的电路图。图11所示的波形调节器76构成为积分电路，具有电阻元件76a和电容器76b。电阻元件76a的一端与切换机构72的电阻元件72d连接，电阻元件76a的另一端与高频滤波器74连接。电容器76b的一端与电阻元件76a的另一端连接。电容器76b的另一端被接地。图11所示的波形调节器76中，根据电阻元件76a的电阻值和电容器76b的静电电容值所决定的时间常数，从切换机构72输出的直流电压的上升沿和下降沿发生延迟。因此，根据图11所示的波形调节器76，能够模拟地将具有三角波的波形的电压施加至下部电极18。根据具有这种波形调节器76的等离子体处理装置10C，能够调节照射至腔室主体12的内壁的离子的能量。
以上，对各种实施方式进行了说明，但不限于上述的实施方式，能够构成各种变形方式。例如，上述的各种实施方式的等离子体处理装置也可以不具有第二高频电源62。即上述的各种实施方式的等离子体处理装置也可以具有单个高频电源。
另外，在上述的各种实施方式中，对于下部电极18的来自直流电源的负极性的直流电压的施加和停止，通过切换机构来切换，但如果直流电源本身以切换负极性的直流电压的输出和停止输出的方式构成，那么就不需要切换机构。
另外，上述的各种实施方式的特征结构能够任意组合而利用。进一步，上述的各种实施方式的等离子体处理装置是电容耦合型的等离子体处理装置，但变形方式的等离子体处理装置也可以是电感耦合型等离子体处理装置。
另外，当占空比较高时，照射到腔室主体12的离子的能量变高。因此，通过将占空比设定为较高值，例如通过将占空比设定为40％以上的较高值，能够对腔室主体12的内壁进行清洗。
以下，对利用等离子体处理装置10的等离子体处理方法进行的评价实验加以说明。
(第一评价实验)
在第一评价实验中，将具有硅氧化膜的样品分别粘贴到等离子体处理装置10的顶板34的腔室12c一侧的面和腔室主体12的侧壁，另外，在静电吸盘20上载置具有硅氧化膜的样品，按照以下所示的条件进行等离子体处理。此外，在第一评价实验中，将对下部电极18周期性施加的负极性的直流电压的占空比作为可变参数使用。
<第一评价实验中的等离子体处理的条件>
·腔室12c的压力：20mTorr(2.66Pa)
·供给至腔室12c的气体的流量
C4F8气体：24sccm
O2气体：16sccm
Ar气体：150sccm
·第一高频：100MHz、500W的连续波
·对下部电极18施加的负极性的直流电压
电压值：-3000V
频率：200kHz
·处理时间：60秒
在第一评价实验中，测量了粘贴在顶板34的腔室12c一侧的面的样品的硅氧化膜的蚀刻量(膜厚减少量)、粘贴在腔室主体12的侧壁的样品的硅氧化膜的蚀刻量(膜厚减少量)和载置在静电吸盘20上的样品的硅氧化膜的蚀刻量(膜厚减少量)。图12的(a)是表示在第一评价实验中求取的、占空比与顶板34的腔室12c一侧的面上所粘贴的样品的硅氧化膜的蚀刻量的关系的曲线图，图12的(b)是表示在第一评价实验中求取的、占空比与腔室主体12的侧壁上所粘贴的样品的硅氧化膜的蚀刻量的关系的曲线图。图13是表示在第一评价实验中求取的、占空比与静电吸盘20上所载置的样品的硅氧化膜的蚀刻量的关系的曲线图。
如图13所示，载置在静电吸盘20上的样品的硅氧化膜的蚀刻量相对于占空比的依赖性低。另外，如图12的(a)和图12的(b)所示，占空比为35％以下时，粘贴在顶板34的腔室12c一侧的面的样品的硅氧化膜的蚀刻量、和粘贴在腔室主体12的侧壁的样品的硅氧化膜的蚀刻量显著减小。因此，根据第一评价实验已确认：基片的蚀刻速率相对于在各个周期PDC内负极性的直流电压被施加到下部电极18的期间所占的占空比的依赖性低。而且，已确认：当占空比较小时，特别是占空比为35％以下时，腔室主体12的蚀刻速率大幅下降，即照射到腔室主体12的内壁的离子的能量减小。另外，如图12的(a)和图12的(b)的曲线图所示，可以推测如果占空比为40％以下，则照射到腔室主体12的内壁的离子的能量显著减小。
(第二评价实验)
在第二评价实验中，将具有硅氧化膜的样品分别粘贴在等离子体处理装置10的顶板34的腔室12c一侧的面和腔室主体12的侧壁，并且在静电吸盘20上载置具有硅氧化膜的样品，按照以下所示的条件进行等离子体处理。
<第二评价实验中的等离子体处理的条件>
·腔室12c的压力：20mTorr(2.66Pa)
·供给至腔室12c的气体的流量
C4F8气体：24sccm
O2气体：16sccm
Ar气体：150sccm
·第一高频：100MHz、500W的连续波
·对下部电极18施加的负极性的直流电压
电压值：-3000V
频率：200kHz
占空比：35％
·处理时间：60秒
另外，在比较实验中，将具有硅氧化膜的样品分别粘贴在等离子体处理装置10的顶板34的腔室12c一侧的面和腔室主体12的侧壁，并且在静电吸盘20上载置具有硅氧化膜的样品，按照以下所示的条件进行等离子体处理。另外，比较实验中第二高频的条件设定为，使得在第二评价实验的等离子体处理与比较实验的等离子体处理中载置在静电吸盘20上的样品的硅氧化膜的蚀刻量(膜厚减少量)大致相同。
<比较实验中的等离子体处理的条件>
·腔室12c的压力：20mTorr(2.66Pa)
·供给至腔室12c的气体的流量
C4F8气体：24sccm
O2气体：16sccm
Ar气体：150sccm
·第一高频：100MHz、500W的连续波
·第二高频：400kHz、2500W的连续波
·处理时间：60秒
在第二评价实验和比较实验的各自中，测量了粘贴在顶板34的腔室12c一侧的面的样品的硅氧化膜的蚀刻量(膜厚减少量)和粘贴在腔室主体12的侧壁的样品的硅氧化膜的蚀刻量(膜厚减少量)。图14的(a)是表示分别在第二评价实验和比较实验中求取的、顶板34的腔室12c一侧的面上所粘贴的样品的硅氧化膜的蚀刻量的曲线图，图14的(b)是表示分别在第二评价实验和比较实验中求取的、腔室主体12的侧壁上所粘贴的样品的硅氧化膜的蚀刻量的曲线图。在图14的(a)的曲线图中，横轴表示顶板34的腔室12c一侧的面上所粘贴的样品中的测定位置距腔室12c的中心的径向距离，纵轴表示顶板34的腔室12c一侧的面上所粘贴的样品的硅氧化膜的蚀刻量。在图14的(b)的曲线图中，横轴表示腔室12c的侧壁上所粘贴的样品中的测定位置距顶板34的腔室12c一侧的面的垂直方向距离，纵轴表示腔室12c的侧壁上所粘贴的样品的硅氧化膜的蚀刻量。
如图14的(a)和图14的(b)所示，与利用第二高频的比较实验相比，在周期性地对下部电极18施加负极性的直流电压的第二评价实验中，粘贴在顶板34的腔室12c一侧的面的样品的硅氧化膜的蚀刻量、和粘贴在腔室主体12的侧壁的样品的硅氧化膜的蚀刻量显著减小(相当小)。因此能够确认，与利用第二高频即偏置用的高频的情况相比，通过周期性地对下部电极18施加负极性的直流电压，能够抑制照射到静电吸盘20上的基片的离子能量的下降，并且能够大幅减小照射到腔室主体12的壁面和上部电极30的壁面的离子能量。

Claims (23)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
等离子体处理腔室；
设置在所述等离子体处理腔室内的工作台；
用于在所述等离子体处理腔室内生成等离子体的高频电源；
对设置在所述工作台中的电极施加负极性的电压的至少一个电源；
构成为能够使对所述电极的所述电压的施加停止的切换机构；和
构成为能够控制所述切换机构的控制器，
所述控制器控制所述切换机构，以使得周期性地反复执行：对所述电极施加来自所述电源的负极性的电压，以将所述等离子体处理腔室内生成的等离子体中的离子引入到所述工作台上所载置的基片的步骤，和对所述电极不施加来自所述电源的负极性的电压的步骤，并且，所述电压被施加至所述电极的期间在各个周期内所占的比率设定为40％以下。
2.如权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述切换机构以将所述比率设定为35％以下。
3.如权利要求1或2所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述电源具有多个电源，
所述控制器控制所述切换机构，使得在各个周期内，施加至所述电极的所述电压由从所述多个电源依次输出的多个电压形成。
4.如权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述多个电压具有彼此相同的电平。
5.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述高频电源，使得与开始所述电压的施加同时地开始从所述高频电源供给高频，与停止所述电压的施加同时地停止从所述高频电源供给高频。
6.如权利要求1～4中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述控制器控制所述高频电源，使得与开始所述电压的施加同时地停止从所述高频电源供给高频，与停止所述电压的施加同时地开始从所述高频电源供给高频。
7.如权利要求1～6中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
具有负极性的所述电压的电平为-3000V。
8.如权利要求1～7中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述等离子体处理装置是电容耦合型的等离子体处理装置。
9.如权利要求1～8中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述等离子体处理装置在所述腔室内仅收纳被载置在所述工作台上的单一的基片。
10.一种在等离子体处理装置中执行的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置包括：
等离子体处理腔室；
设置在所述等离子体处理腔室内的工作台；
用于在所述等离子体处理腔室内生成等离子体的高频电源；和
对设置在所述工作台中的电极施加负极性的电压的至少一个电源，
所述等离子体处理方法包括：
从所述高频电源供给高频，以在所述等离子体处理腔室内生成等离子体的步骤；和
从所述电源对所述电极施加具有负极性的电压，以将所述等离子体中的离子引入到所述工作台上所载置的基片的步骤，
在施加电压的所述步骤中，周期性地反复执行对所述电极施加所述电压的步骤和对所述电极不施加所述电压的步骤，并且，所述电压被施加至所述电极的期间在各个周期内所占的比率设定为40％以下。
11.如权利要求10所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述比率设定为35％以下。
12.如权利要求10或11所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置的所述电源具有多个电源，
在各个周期内，施加至所述电极的所述电压由从所述多个电源依次输出的多个电压形成。
13.如权利要求12所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述多个电压具有彼此相同的电平。
14.如权利要求10～13中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
与开始所述电压的施加同时地开始从所述高频电源供给高频，与停止所述电压的施加同时地停止从所述高频电源供给高频。
15.如权利要求10～13中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
与开始所述电压的施加同时地停止从所述高频电源供给高频，与停止所述电压的施加同时地开始从所述高频电源供给高频。
16.如权利要求10～15中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
具有负极性的所述电压的电平为-3000V。
17.如权利要求10～16中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置是电容耦合型的等离子体处理装置。
18.如权利要求10～17中任一项所述的等离子体处理方法，其特征在于：
所述等离子体处理装置在所述腔室内仅收纳被载置在所述工作台上的单一的基片。
19.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：
等离子体处理腔室；
设置在所述等离子体处理腔室内的工作台；
配置在所述工作台内的下部电极；
配置在所述工作台的上方的上部电极；
与所述下部电极或所述上部电极连接的用于产生高频的第一电源；
与所述下部电极连接的用于产生负极性电压的第二电源；和
连接于所述第二电源与所述下部电极之间，构成为能够周期性地反复执行对所述下部电极的所述负极性电压的施加和停止施加的切换机构，
所述负极性电压被施加至所述下部电极的期间在各个周期内所占的比率设定为40％以下。
20.如权利要求19所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述比率设定为35％以下。
21.如权利要求19或20所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一电源，与开始所述负极性电压的施加同时地开始所述高频的供给，与停止所述负极性电压的施加同时地停止所述高频的供给。
22.如权利要求19或20所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述第一电源，与开始所述负极性电压的施加同时地停止所述高频的供给，与停止所述负极性电压的施加同时地开始所述高频的供给。
23.如权利要求19～22中任一项所述的等离子体处理装置，其特征在于：
所述负极性电压的电平为-3000V。
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